Kernel Module實戰指南(三)：編寫字符型設備

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Introduction

咱們今天編寫第一個Linux Kernel Module的驅動程序：一個字符型設備驅動。經過簡單的open(), release(), read(), write()，你將理解驅動程序的編程方法。

file_operations結構

在Linux中，一切都是文件，設備驅動也絕不例外。文件的定義在linux/fs.h中，目前咱們只須要關注file_operations結構。

struct file_operations {
  ...
  ssize_t(*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
  ssize_t(*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
  int (*open) (struct inode *, struct file *);
  int (*release) (struct inode *, struct file *);
  ...
};

上面四個回調函數，是咱們目前須要關心的，後面的例子也只會使用這四個回調函數。
編寫咱們本身的設備驅動程序，須要根據需求實現file_operations結構中的回調函數，而後將驅動經過register_chrdev()註冊到內核中便可。

完整的字符驅動code

#include <asm/uaccess.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>

int init_module(void);
void cleanup_module(void);
static ssize_t device_read(struct file *, char *, size_t, loff_t *);
static ssize_t device_write(struct file *, const char *, size_t, loff_t *);
static int device_open(struct inode *, struct file *);
static int device_release(struct inode *, struct file *);
// 咱們的設備名字
#define DEVICE_NAME "csprojectedu"

static int major_version;
static int device_is_open = 0;
static char msg[1024];
static char *pmsg;
// 定義設備容許的操做，這裏只容許read(), write(), open(), release()
static struct file_operations fops = {
  .read = device_read,
  .write = device_write,
  .open = device_open,
  .release = device_release
};
// 模塊註冊函數
int init_module() {
  // 將咱們定義的設備操做的結構體fops註冊到內核中
  major_version = register_chrdev(0, DEVICE_NAME, &fops);
  if (major_version < 0) {
    printk(KERN_ALERT "Register failed, error %d.\n", major_version);
    return major_version;
  }
  // 打印設備名稱和版本號，稍後咱們會利用這個來掛在模塊到/dev/csprojectedu
  printk(KERN_INFO "'mknod /dev/%s c %d 0'.\n", DEVICE_NAME, major_version);
  return 0;
}
// 模塊退出函數
void cleanup_module() {
  unregister_chrdev(major_version, DEVICE_NAME);
}
// 處理讀模塊的邏輯，能夠經過cat /dev/csprojectedu 來簡單的讀取模塊
static ssize_t device_read(struct file *filp, char *buffer, size_t length, loff_t *offset) {
  int bytes = 0;
  if (*pmsg == 0) {
    return 0;
  }
  while (length && *pmsg) {
    put_user(*(pmsg++), buffer++);
    length--;
    bytes++;
  }
  return bytes;
}
// 處理寫模塊的邏輯，咱們目前不支持
static ssize_t device_write(struct file *filp, const char *buff, size_t length, loff_t *offset) {
  return -EINVAL;
}
// 處理打開模塊的邏輯
static int device_open(struct inode *inode, struct file *file) {
  static int counter = 0;
  if (device_is_open) {
    return -EBUSY;
  }
  device_is_open = 1;
  sprintf(msg, "Device open for %d times.\n", ++counter);
  pmsg = msg;
  try_module_get(THIS_MODULE);
  return 0;
}
// 處理釋放/關閉模塊的邏輯
static int device_release(struct inode *inode, struct file *file) {
  device_is_open = 0;
  module_put(THIS_MODULE);
  return 0;
}

編譯運行

Makefile同以前的同樣就好

$ make
$ sudo insmod csprojectedu.ko
$ dmesg
[115465.083271] 'mknod /dev/csprojectedu c 250 0'.
$ sudo mknod /dev/csprojectedu c 250 0
$ cat /dev/csprojectedu
Device open for 1 times.
$ cat /dev/csprojectedu
Device open for 2 times.
$ sudo rm /dev/csprojectedu
$ sudo rmmod csprojectedu.ko

Summary

經過編寫一個簡單的字符型設備驅動，咱們瞭解了Linux Kernel Module在驅動程序方面的應用。